• beton
• vasbeton

Beton- és vasbeton szerkezetek károsodásai

Zsugorodás és kúszás okozta repedések

A beton lassú alakváltozási tulajdonságai közül a szilárdulást kísérő, terheléstől függet­len zsugorodás régóta ismert jelenség, ami hosszváltozásként fogható fel és a szerkezetek többségén nem játszódhat le akadálymente­sen. A gátolt hosszváltozás okozta húzó igény­bevétel a szilárdulás kezdeti szakaszában lép fel, ezért egyidejűen működő nyomó igény­bevételek (pl. feszítés, külső erő) vagy kellő erősségű vasalás hiányában a repedések megnyílása nem kerülhető el.

A jelenséggel a gyakorlatban hosszú ideig nem foglalkoz­tak, mert a zsugorodási repedések a tartó­szerkezet állékonyságát nem veszélyeztetik, és a folyamat lejátszódása után többnyire eltüntethetők. Kivételek elsősorban az időjárásnak erő­sen kitett szerkezetrészek, amelyeken a zsu­gorodási repedés nem tervezett tágulási hézag­ként működve megnyílik, átterjed a csatlakozó szerkezetekre és a repedések mentén korrózió lép fel.

A kedvezőtlen zsugorodási tulajdonságú öntött beton, de még inkább a könnyűbeton elterje­dése megnövelte a zsugorodási repedések jelentőségét. A zsugorodási repedések egy része „összeragasztással”, azaz injektálással javítható a folya­mat lejátszódása után. A külső igénybevételek miatt „működő” repedéseknél egyedileg ter­vezett megerősítés (pl. összefogó vasalás) szükséges.

A zsugorodással esetenként még ma is össze­vontan kezelt kúszás szintén időben lejátszódó hosszváltozás, ami azonban nem a szilárdulási folyamathoz kapcsolódik, hanem igénybevétel­től függő, képlékeny folyamat. Magán a tartószerkezeten kúszás okozta ká­rosodás ritkán fordul elő. Különböző vizsgála­tok alapján az is megállapítható, hogy a kúszás a tartószerkezet biztonsága szempontjából nem egyértelműen káros jelenség, mert elő­segíti a feszültségcsúcsok leépülését a legjob­ban igénybe vett szerkezetrészeken és ezál­tal képlékeny átrendeződést tesz lehetővé. A kúszás építi le a beton szilárdulásakor kelet­kező sajátfeszültségek nagy részét is.

Káros a kúszás a különböző (eltérő tulajdon­ságú) anyagokból épült tartószerkezeteknél, mert a nagyobb mértékben alakváltozó szer­kezetrészben az igénybevételek csökkennek, a teherviselési arány megváltozása a másik szer­kezetrész túlterhelését, esetleg rongálódását okozza. Ez a helyzet pl. a normál és a könnyű­beton kombinációjánál, a beton- és téglaszer­kezetek, beton- és acélszerkezetek együtt dolgoztatásánál. A kúszás okozta tartószerkezeti hibák előrelátó tervezéssel, a jelenség ismeretével és követ­kezményeinek mérlegelésével megelőzhetők. A már bekövetkezett károk a folyamat leját­szódása után javíthatók.

Esettanulmány

Épület: Öntött kohósalakbeton tartófalú közép­magas lakóház dobozszerű, zárt alaprajzú teherhordó falelrendezéssel. Az alsó szint monolit vasbetonból épült. A könnyűbeton teherhordó falak az építés idején kielégítet­ték a hőtechnikai és akusztikai követel­ményeket. A lakóházat típusterv alapján kivite­lezték.

Károsodás: A könnyűbeton falak zsugorodása és elhúzódó kúszása repedéseket okozott, ame­lyek a homlokzaton váltak feltűnővé az idő­járási hőmérséklet-változások miatt. A kúszás a hagyományos szerkezetű (tégla) válaszfalak összenyomódását okozta, ami kü­lönösen az alsó szinteken összegződve vakolat­leválást, hirtelen törést okozott. Előfordult a merev burkolatok (csempe) táblás leválása is.

A károsodás okai: A könnyűbeton lassú alak­változása, a felső szinteken a hőtágulással sú­lyosbítva. A válaszfalak hibás megválasztása, várható alakváltozásokat figyelmen kívül hagyó építése (kiékelés).

Kohósalakbeton homlokzati fal repedésképződése.

Gátolt alakváltozás okozta repedések

A szabadon lejátszódó alakváltozás többnyire nem befolyásolja a tartószerkezet erőjátékát. Helyileg – pl. előre gyártott elemek feltámasz­kodásának környezetében – még a szabadnak tekinthető alakváltozás is okozhat csúcsigénybe­vételt. Pl. a támaszerő áthelyeződése a tartó­vég elfordulása következtében a felfekvési hossz rövidülését, az elemek erőátvételre ke­vésbé alkalmas széleinek, sarkainak túlterhelé­sét, lehasadását okozza, ami elég gyakori eset és veszélyessé is válhat.

A károsodások fő forrásának a gátolt alakvál­tozás következtében fellépő kényszer-igény­bevételek tekinthetők. A veszélyt a méretezés­hez alapul vett statikai modell egyszerűsítése hozza magával: az összeépítés miatt ugyanis a magasépítésben előforduló valamennyi szer­kezet gyakorlatilag statikailag határozatlan. Ennek mértéke változó, a szokásos modell-egyszerűsítés nem minden esetben jogos. Az előre nem látott, számításba nem vett alakvál­tozási kényszerek különösen a beton anyagú szerkezetekben okoznak károsodást a repedé­sek megnyílása következtében.

Esettanulmány

Épület: Többszintes lakóépületek homlokzatát oldó lodzsák (oldalfalakkal, fedett kialakítással, elől mellvéddel ellátott erkélyek).

Károsodás: A szokásos megoldás a födém­szerkezet kivezetése az erkély, ill. lodzsa magasságában. Az átvezetés helyén az alátá­masztásul is szolgáló körítő külső falak gátolják a konzolosan kinyúló födémszerkezet alakváltozását, főleg a sarkokban. A középső „szabad” konzol és a befogott sarokrészek között jelentős alakváltozás-különbség keletke­zik, ami repedést okoz a szerkezetben és eset­leg a burkolatokon is.

A támaszvonal elmozdulása az alátámasztó szerkezet széle felé – a sarok lerepedése.

Vasbeton lodzsalemez repedésképződése.

A károsodás oka: A vasbeton lemez gátolt alak­változása az összeépítés miatt befogott sar­kokban.

Hőmozgás okozta károsodások

A gátolt alakváltozások okozta károknak talán legnagyobb csoportjába a hőmérséklet-vál­tozással kapcsolatos esetek tartoznak. A kör­nyezet hőmérsékletének változása a szerkeze­tekben periodikusan ismétlődő hosszváltozást okoz, amelynek szabad lefolyását az össze­építés általában gátolja.

A tágulási hézagok elhagyása vagy működés­re alkalmatlan kiképzése (mindkettő igen gyakori hiba) hőmérséklet-változás hatására jelentős, a (sokszor el sem végzett) közelítő számításnál alábecsült, változó igénybevételeket okoz a szer­kezetben, amelyek károsodáshoz vezetnek.

Jellegzetes hiba a hőtágulás számításnál figye­lembe vett épülethossz helytelen meghatáro­zása. A tágulási hézagok szerkesztési szabály­ként előírt távolságának szakszerű kiképzé­sével az összeépítésből adódó kényszerek korlátozhatók és az esetek túlnyomó többsé­gében elkerülhető a károsodás. A hőmérséklet-változásoknak különböző mér­tékben kitett szerkezetrészek – a hőszigetelt épülettömeg szerkezetei és az épületből kiálló, időjárásnak erősen kitett szerkezeti elemek kö­zötti – alakváltozás-különbség a gátolt alakvál­tozás alapesete.

Esettanulmány

Épület: Többszintes épületek homlokzatán elő­renyúló, a belső szerkezetekkel összeépített monolit vasbeton szerkezetű erkély- és függő­folyosó lemezek.

Károsodás: Az épület belső szerkezeteivel összeépített, kiálló vasbeton lemezeken a pere­mükön kiinduló, a belső fal irányában záródó repedések láthatók. A repedések egymástól kb. 3-4 m távolságban jelent­keztek, rongálják a csatlakozó szerkezeteket (korlát, szegélygerenda).

A károsodás okai: A belső fűtött és a külső, időjárás-változásnak erősen kitett szerkezetek hosszváltozásainak különbsége. A repedések helyét a hanyag utókezelés következtében a beton kezdeti zsugorodása jelölte ki. A re­pedések a továbbiakban tágulási hézagként működnek.

Esettanulmány: A „lapostető-betegség”

Épületek: Egyhéjú lapostetővel fedett, külön­böző magasságú és rendeltetésű épületek, közöttük típusterv alapján kivitelezett szerke­zetek, megoldások.

Vasbeton konzollemez repedése.

Károsodás: „Lapostető-betegség”, a zárófödém vonalát követő vízszintes repedés, amely a sarkok közelében ferde sarokrepedésben folytatódik. Kísérőjelenségek: külső burkolat leválása, beázások, attikafal-repedések.

A károsodás oka: Az időjárásnak kitett lapos­tetők hőmérséklet-ingadozás miatt fellépő hossz­változásai, a mozgások halmozódása. Az előre gyártott elemekből álló épületek rongálódása gyorsabb, feltűnőbb, de a monolit szerkezete­ken is megjelenik az ez „betegség”.

A kohósalakbeton nagyblokkos lakó­épületek kétféle – blokkos, ill. falazott – attika­fal-kialakítása látható. A tetőfödémtől teljesen vagy részben független attikafalak és a födém csatlakozásánál csaknem minden esetben repedés észlelhető. Az attikafalak mozgását ezekben az esetekben nemcsak saját hossz­változásuk okozza, hanem a tető csapadékvíz­ szigetelése alatti, nagy felmelegedésnek kitett aljzatbetonjának hőtágulásából adódó vízszintes erő is hozzájárul ehhez.

Az aljzatbeton akadálytalan mozgását az attikafal mellett ugyanis többnyire nem teszik lehetővé. Elő­fordult az is, hogy az erre a célra kialakított hézag építés közben eltömődik. Ilyenkor a hosszváltozásában gátolt aljzatbeton neki­feszül az épületet koronázó, födémtől független attikafalnak és széttolja azt. Az attikafal a csúszófelület hiánya miatt lehűléskor sem tud visszahúzódni, ezért az elmozdulás idővel fokozódik. A külső falak és attikafalak utólagos hőszigetelésével javí­tani lehet a helyzeten.

Tönkrement attikafal („lapostető-betegség”).

Attikafalak elmozdulása hőmozgás és gátolt alakváltozás miatt.

Túlzott igénybevételek és alakváltozás okozta repedések

A hajlított vasbeton tartószerkezeteknél a túl­zott terheléssel, igénybevételekkel általában együtt jár a túlzott alakváltozás is.

Egy bizonyos húzási igénybevétel felett a hajlí­tott vasbeton tartók húzott övén repedések jelennek meg. A repedések tehát gyakorlatilag elkerülhetetlenek a vasbeton szerkezeteknél, csak egymástól való távolságukat és tágas­ságukat tudjuk csökkenteni, pl. bordázott felü­letű, kedvező tapadású betonacélok haszná­latával, a kengyelek és a hegesztett hálók keresztvasainak sűrítésével.

Esettanulmány

Épület és szerkezetek: Egytraktusos, körítő téglafalas földszintes üzemi épület, előre gyár­tott feszített vasbeton gerendák közötti bélés­testes teherhordó szerkezetű, salakfeltöltéses lapostetővel lefedve. A tető vízelvezetése kis kiülésű párkányos koszorúval megoldott. A födémgerendák végei a körbefutó vasbeton koszorúba vannak befogva. A födémszerkezet­re salakfeltöltés, kifelé lejtő aljzatbeton és ragasztott szigetelés került.

Károsodás: Az aránylag nagy saját tömeggel terhelt tetőfödém lehajlott, majd a lassú alak­változás miatt lefelé görbült. A tetőszigetelés javítgatása újabb rétegekkel növelte a kárt okozó terheket. Az alakváltozás során a födémgerendák befelé fordították a vasbeton koszo­rút, annak alsó vonalában a homlokzaton víz­szintes repedés jelent meg. A külső nedvesség a repedés mentén bejutott a falazat­ba, ott átázást, kifagyást okozott.

Túlzott terhelés és alakváltozás okozta repedésképződés.

A károsodás okai: A tartósan megfelelő vízel­vezetéshez a kis lejtésű tervezett lapostető nem volt megfelelő. A javítgatások ártottak a szerke­zetnek.

Esettanulmány

Épület: Többszintes bérház Budapest belvá­rosában, a földszinten üzlethelyiségek és bemutatóterem van. Az utca felé a födémek az első emelet magasságától konzolosan előre- nyúlnak. A földszinti emeletmagas kirakat­üveget a konzol alá építették be olyan módon, hogy előtte a nézelődőknek fedett sáv kelet­kezzen.

Károsodás: A konzolos szerkezet lehajlását alábecsülték, és nem számoltak az elhúzódó lassú alakváltozással sem. Az összenyomható betétek hibás kialakítása (kis mérete) miatt az üveg nyomott szerkezetté alakult és eltört. Az üveget az ok alapos vizsgálata nélkül kicse­rélték, de az újra eltört. A jelentőssé növekedett károk miatt a szerkezetet felülvizs­gálták, ami kimutatta a hiba valódi okát.

A károsodás okai: Lehajlás, síkjában nyomott üvegszerkezet.

Repedésképződés túlzott alakváltozás miatt.

Hibás vasalás okozta repedések

A statikailag határozott kéttámaszú tartóként méretezett vasbeton szerkezetek feltámaszko­dásánál nem ritka a befogási nyomatékra (kényszerre) utaló repedés. A méretezési elő­írások szerint a szabadon felfekvő szerkezetként számított vasbeton tartók végeit a legnagyobb mezőnyomaték 0,2-szeresének megfelelő be­fogásra kell méretezni. Ezt a szabályt – a gyár­tási, szerelési érdekekre, esetleg gazdaságos­ságra hivatkozva – nem egyszer figyelmen kívül hagyják.

Befogott vasbeton tartó repedésképződése.

A tartóvég nem várt mértékű befogásának gyakori okai:

• ideiglenes (szerelési) állapotban való rögzítés,
• merev bebetonozás monolit vasbeton falba vagy kiváltóba.

Az ilyen összeépítés csaknem merev befogást hozhat létre, ami az erre nem méretezett tartó­végen repedést okoz. A repedés meg­nyílása esetenként a nyírási teherbírást is ká­rosan befolyásolja (pl. nyírási vasalás nélküli tartónál).

Hibás vasalásnak tekinthető, ha:

• a vasbeton pillérfejeken nem készítenek erősített kengyelezést a födémek, gerendák felfekvése alatt;
• nem készítenek sűrített kengyelezést a pillér­vasalás toldási szakaszain;
• nem számolnak a helyi túlterheléssel;
• többtámaszú lemezszerkezeteknél és kon­zolos lemezeknél építés közben letapossák a felső vasalást a hiányzó vagy gyenge, esetleg túl ritkán elhelyezett zsámolyvasak miatt. Ilyenkor a támaszponti keresztmetszet igénybevehetősége csökken.

Esettanulmány

Épület: A többszintes monolit vasbeton szer­kezetű épületek keresztirányú vasbeton falain a nyílások felső sarkának környezetéből kiin­duló repedések észlelhetők. A re­pedések röviddel a betonozás után, a zsugoro­dási időszakban keletkeznek, és az időszakos javítgatások során újra láthatóvá válnak. Hő­mérsékleti hatásoknak erősen kitett helyeken idővel növekednek.

Károsodás: A repedések a teherbírást általá­ban nem befolyásolják, de esztétikai, haszná­lati szempontból kifogásolhatók.

A károsodás okai: Alapvetően a beton zsugo­rodása, a nyílások körüli pótvasalás hiánya. A repedések kialakulását befolyásolja a beton összetétele, bedolgozása, utókezelése is.

Belső teherhordó fal repedésképződése.

Megelőzés: A repedések megnyílását gátló, át­fogó vasalás beépítése, amelynek keresztmet­szete korlátozhatja a repedés megnyílását.

Előre gyártott elemekből épített szerkezetek repedései

Az előre gyártott betonelemek – korlátozott mé­retük miatt – általában zsugorodási repedések­től mentesek. Kivéve, ha a bonyolult elempro­filok miatt a betonban túl sok a víz és kicsi a húzószilárdsága, vagy sok benne a cement (> 400 kg/m3). A kis falvastagságú elemeket csak homokdús adalékanyaggal és több cementtel (> 300 kg/m3) lehet gyártani, ami szintén repedésképződéshez vezethet.

Az előre gyártott vasbeton vagy előfeszített vasbeton födémgerendák közé béléstesteket helyeznek el. A különböző tulajdonságú ele­mek között eleve hézagok vannak, és ezek a terhelés, ill. a gerendák lehajlása miatt re­pedésként jelentkeznek a mennyezeten. Hasonló a helyzet a nagyméretű födémpa­nelok, körüreges födémpallók csatlakozási vonalában is, ahol az együtt dolgozáshoz helyszíni betonnal töltik ki az elemek közét. A helyszíni beton utózsugorodása következ­tében a csatlakozási vonalak mentén repe­dések jelennek meg, amelyek tágassága javítgatással mérsékelhető, de teljesen nem szüntethetők meg.

A szerkezeti elemek közötti kapcsolat lehet „erőközvetítő” az elemek keresztirányú együtt dolgozásának elősegítésére, de feladata lehet a szerkezet monolit jellegű viselkedésének biz­tosítása is, ha a kapcsolat a húzó, nyomó és hajlító igénybevételek közvetítésére is alkal­mas. Ugyanakkor az előre gyártott elemek általában C30, vagy ennél is jobb minőségű betonból készülnek, míg az elemkapcsola­toknál legfeljebb C16, vagy (bonyolult profil vagy kisméretű kapcsolati hézag) ennél is kisebb nyomószilárdságú, C10 minőségű helyszíni beton készítése szükséges megfelelő képlékenységű és finom, homokdús szem­szerkezetű adalékanyaggal. Az ilyen betonnak nem csak a szilárdsága kicsi, de jelentős a zsugorodása és a kúszása, azaz már kisebb igénybevétel hatására is viszonylag nagy az alakváltozása.

Ezért a statikai modell is megváltozhat: pl. a számítottnál kisebb mértékű befogás jöhet létre, és a zsugorodási hézagok miatt a csatlakozó elemek közötti erőátadás is korlátozott. Az elemkapcsolatok kibetonozása­kor az időjárási hatások és az „emberi ténye­zők” miatt a beton tömörítése sem mindenkor megfelelő, sőt esetenként a friss beton jobb bedolgoz hatóságához az anyagot „vizezik”. A felsorolt hatások és körülmények miatt a mo­nolitikus működés figyelembe vételével számí­tott nyomatékok csökkenhetnek, és a mező­nyomatékok jelentősen megnövekedhetnek.

Esettanulmány

Épületek: Lakóházak előre gyártott vasbeton elemekből készült födéméi.

Károsodások: Repedések az alakváltozásuk­ban gátolt szélső elemek, vagy vá­laszfallal megtámasztott elemek és a szomszé­dos elemek csatlakozásánál, vakolat­leválás a repedés környezetében, a támasztó válaszfalak nyomási igénybevétele, kigörbülése, burkolatsérülései, repedései.

A károsodások okai: Egyes elemek gátolt alak­változása, alakváltozás-különbségek a szom­szédos elemek között.

Repedésképződés vasbeton padlók csatlakozásánál.

Repedésképződés válaszfalak környezetében.

Korróziós károsodások

A korrózió a fémek vagy a beton szerkezeti leépülése, amely kémiai vagy elektrokémiai reakció révén következik be (időjárás, ned­vesség, környezetben lévő vegyi anyagok vagy más közeg hatása). Mind a fémeket (elsősor­ban az acélt), mind a betont széleskörűen használják építési célokra. A beton korrózióját vagy roncsolását a betonban lévő mész savval történő reakciója okozza, vagy ha erős lúgok támadják meg az ásványi alkotórészeket. A fémek korróziója bonyolultabb, de ismerete kiemelkedően fontos.

A vasbeton szerkezetek acél betéteinek korró­ziója a legtöbb esetben a kémiai korrózió, amikoris a levegő oxigénje reakcióba lép az anyag külső felületével. Ha az acél felületét oxigén és víz éri, rozsda keletkezik. Mivel a rozsdaréteg porózus, a korrózió az acél belseje felé terjed. A korrodáló acél térfogata 2,5-szeresére nő. A nagyobb térfogat következtében fellépő nyomás olyan nagy lehet, hogy az acélbetétek betontakarása lepattogzik. A keletkező korrózió­termék az acél esetében tovább fokozza a korrózió ütemét.

Az acélbetétek korrózióját előidéző tényezők:

• a levegő CO₂ tartalma következtében létre­jövő karbonátosodás, ami megbontja az acélbetétek (a cement lúgossága miatt létrejövő) passzív védőrétegét;
• a levegő oxigéntartalma, ami keresztüljut a betontakarás mikró repedésein;
• a nedvesség, ami csökkenti a beton elekt­romos ellenállását;
• a kloridok, amelyek a még nem karbonátosodott környezetben is tönkre tehetik a passzív védőréteget.

Esettanulmány

Épület és szerkezetek: Ötszintes, mintegy 100 éves, hagyományos szerkezetű lakóház utcai „főépülettel” és a körülépített udvari szár­nyakra nyíló belső körfolyosókkal. A függő­folyosó szerkezete a belső főfalba befogott acélgerendák közötti, salakba kevert tégla­törmelék adalékú vasbeton lemez.

Károsodások: A függőfolyosók burkolata nem vízzáró, helyenként hibás. A beton az átned­vesedés, a beázások miatt nem védte az acél­betéteket, azok korrodáltak. A sarkokban a gátolt alakváltozás és a szabálytalan vasalás miatt a függőfolyosók szerkezete átrepedt, beázott. Az átázást az egyik sarokban az esővíz-csatorna hibája is súlyosbította. Ezt a sarkot a veszélyessége miatt alá kellett dúcolni.

A károsodások okai: A salakbeton a nedves­ség hatására az acélbetétre agresszívvá válik, annak korrózióját okozza. A védelem helyett az acélgerendák korrozív közegbe kerülnek.

Intézkedés: A lehetséges javítás az erősen kor­rodált acélgerenda-kapcsolatok megerősítése, a szegélytartó rögzítésének helyreállítása.

A függőfolyosó lemezének korróziós károsodása.

Szerző: Osztroluczky Miklós okl. építészmérnök, PhD, c.egyetemi tanár